【深度】動(dòng)力電池安全性因素探究

在新能源汽車領(lǐng)域，鋰電池動(dòng)力電池由于具備相對(duì)較高的能量密度、輸出功率等特點(diǎn)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但鋰離子動(dòng)力電池的性能及壽命會(huì)隨著不斷地使用而衰減，更重要的是在不同的使用環(huán)境下會(huì)有不同的狀況。比如在寒冷低溫下容易出現(xiàn)比容量低、衰減嚴(yán)重等現(xiàn)象，高溫下存在熱失控導(dǎo)致自燃自爆的隱患。

這些潛在的安全隱患造成新能源汽車消費(fèi)者的信心不足。因此對(duì)鋰離子動(dòng)力電池安全性進(jìn)行重視并進(jìn)行研究改進(jìn)是十分必要的，有助于降低電池的安全隱患和發(fā)生事故的頻率，減少或避免動(dòng)力電池出現(xiàn)安全問(wèn)題時(shí)造成的危害。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，鋰離子動(dòng)力電池主要由正極、負(fù)極、隔膜、電解液、電池外殼等構(gòu)成。若按正極材料來(lái)分，主要分為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及鎳鈷錳酸鋰三元材料等。按電芯的結(jié)構(gòu)形狀來(lái)分，主要分為圓柱和方形以及軟包這三種。

不同材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的電池優(yōu)缺點(diǎn)都十分明顯，因此鋰離子動(dòng)力電池安全與電池材料性質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有密切的關(guān)系，另外與電池制備技術(shù)和使用環(huán)境緊密相關(guān)。從鋰離子動(dòng)力電池的生產(chǎn)到最后的應(yīng)用來(lái)看，影響鋰離子動(dòng)力電池安全性的因素貫穿在電芯的材料選擇和設(shè)計(jì)生產(chǎn)、模組的集成和使用環(huán)境整個(gè)過(guò)程中。

（1）電芯材料選擇和評(píng)估

電芯的性質(zhì)和安全在很大程度上由電芯材料的選用決定，如果在選用電芯材料時(shí)沒(méi)有對(duì)原材料進(jìn)行深入的評(píng)估，必然會(huì)在第一階段就造成電芯安全性的不足。

電池的比容量和比能量主要由正極材料決定，更重要的是其安全性受正極材料的本征電極電勢(shì)影響，比如磷酸鐵鋰和三元的安全性差異。因此需要通過(guò)對(duì)電芯材料種類進(jìn)行選擇和元素?fù)诫s來(lái)改善，盡量選擇電位和電解液電化學(xué)窗口相匹配的、反應(yīng)放熱較少的材料，用以提高電芯安全性。

負(fù)極活性材料對(duì)安全性能的影響主要來(lái)自于鋰枝晶的生長(zhǎng)和電解液的反應(yīng)。在快充的過(guò)程中，一旦鋰離子通過(guò)SEI膜的速度比鋰沉積在負(fù)極上的速度慢，鋰的枝晶會(huì)隨著充放電循環(huán)而不斷生長(zhǎng)，可能導(dǎo)致內(nèi)部短路而造成電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)以致熱失控。因此通過(guò)改善SEI膜的熱穩(wěn)定性可以提高電芯的安全性。

電解液通常使用的溶劑為有機(jī)碳酸酯類化合物，它們化學(xué)性能活潑且極易燃燒。正極材料處于充電態(tài)時(shí)為強(qiáng)氧化性，而處于強(qiáng)氧化性狀態(tài)下的正極材料穩(wěn)定性一般較差，很容易釋放出氧氣，而碳酸酯極易與氧氣反應(yīng)，放出大量的熱和氣體。一旦出現(xiàn)熱失控后產(chǎn)生熱量會(huì)進(jìn)一步加速正極的分解，產(chǎn)生更多的氧氣，促進(jìn)更多放熱反應(yīng)的進(jìn)行。

電池隔膜

隔膜的主要作用是將電池的正、負(fù)極分隔開，起到關(guān)閉和阻斷通道的功能，可以讓鋰離子自由通過(guò)，而電子不能通過(guò)。一旦隔膜出現(xiàn)破裂等情況將會(huì)造成正負(fù)極接觸短路導(dǎo)致熱失控，因此對(duì)隔膜的機(jī)械強(qiáng)度、孔隙率、厚度均一性和耐溫提出了很高的要求。

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